DE2946800A1

DE2946800A1 - Vakuum-unterbrecher

Info

Publication number: DE2946800A1
Application number: DE19792946800
Authority: DE
Inventors: Nobuo Abe; Yukio Kawakubo; Yukio Kurosawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-11-22
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1980-06-12
Also published as: JPS5826132B2; GB2038557B; US4336430A; JPS5569923A; GB2038557A; DE2946800C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Unterbrecher mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulenelektroden zur Erzeugung magnetischer Felder in axialer Richtung und zwei elektrisch mit den beiden Spulenelektroden verbundenen Hauptelektroden, wobei beide Elektrodenarten in einem Vakuumbehälter angeordnet sind, in dem der an den Hauptelektroden gezündete Lichtbogen durch die axialen magnetischen Felder gelöscht wird und die Hauptelektroden verbesserte Stromwege aufweisen.

Vakuum-Unterbrecher enthalten im allgemeinen zwei an je einer Leiterstange befestigte Elektroden, die in einem zylindrischen Vakuum-Behälter einander gegenüberliegend angeordnet sind. Das Elektrodenpaar führt im geschlossenen Zustand den Strom. Im Falle eines Fehlers in einer externen Schaltung werden jedoch die Elektroden voneinander getrennt, um Beschädigungen der angeschlossenen Einrichtungen zu vermeiden. Der zwischen den Elektroden zu dieser Zeit gezündete Lichtbogen muß so früh wie möglich gelöscht werden. Aus der GB-PS 1 478 702 ist bereits ein Lichtbogen-Löschverfahren bekannt, wonach ein Vakuum-Unterbrecher so aufgebaut ist, daß die Leiterstange in Axialrichtung, d.h. parallel zum Lichtbogen, einem Magnetfeld ausgesetzt wird, so daß der Lichtbogen gelöscht wird, indem er in eine unendliche Anzahl dünner Lichtbögen aufgeteilt wird.

Jede dieser Elektroden trägt eine auf einer Leiterstange befestigte Spulenelektrode. Die Spulenelektrode enthält mehrere Arme zur Verzweigung des Stroms in der Leiterstange in radiale Richtungen der Leiterstange und einen gebogenen Abschnitt zur Führung des Stromes in diesen Armen längs des Umfanges des gebogenen Abschnittes, wodurch axiale magnetische Felder erzeugt werden, die sich in Axialrichtung der Leiterstange erstrecken. Ein Teil des gebogenen Abschnittes ist elektrisch mit der Haupt-

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elektrode verbunden, um den Lichtbogen zu führen. Die Hauptelektrode ist mit mehreren an Teilen von ihr ausgebildeten Schlitzen versehen, die im wesentlichen denjenigen Teilen der Spulenelektrode in Richtung vom gebogenen Abschnitt zur Leiterstange entsprechen. Die Schlitze verbinden die Fläche, in der in der Hauptelektrode durch die axialen magnetischen Felder Wirbelströme erzeugt werden, wodurch eine Verringerung der axialen Magnetfelder verhindert wird.

Bei diesem Elektrodenaufbau wird jedoch das durch den in Radialrichtung durch die Arme fließenden Strom verursachte Magnetfeld durch das durch den längs der Schlitze fließenden Strom verursachte Magnetfeld verschoben, mit dem Ergebnis, daß die Magnetfelder in Axialrichtung nur durch den Strom am gebogenen Teil erzeugt werden. Auf diese Weise wird die Verstärkung des axialen Magnetfeldes zur sofortigen Lichtbogenlöschung bei scharfem Anstieg der ünterbrechungseigenschaften auf natürliche Weise begrenzt.

Dies ist auch bei dem Gegenstand der US-Patentanmeldung 857 706 der Fall, wobei in der elektrisch mit der Spulenelektrode verbundenen Hauptelektrode Schlitze zur Erzeugung axialer Magnetfelder in unterschiedlichen Richtungen ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum-Unterbrecher zu schaffen, bei dem die Unterbrechungseigenschaften durch Verstärkung der axialen Magnetfelder verbessert sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Vakuum-Unterbrecher sind die Stromwege zur Führung des Stromes in der gleichen Richtung wie des Stromes in der Spulenelektrode in der Hauptelektrode ausgebildet, so daß auch durch die Elektrode axiale Magnetfelder und somit verstärkte Magnetfelder erzeugt werden, wodurch die Unterbrechungseigenschaften verbessert werden.

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Der erfindungsgemäße Vakuum-Unterbrecher enthält also zwei trennbar in einem Vakuum-Behälter angeordnete und je auf einer Leiterstange befestigte Elektroden, die je eine Spulenelektrode und eine Hauptelektrode enthalten. Die Spulenelektrode verzweigt den Strom in der Leiterstange in verschiedenen radialen Richtungen gegenüber der Leiterstange, wodurch in axialer Richtung der Leiterstange Magnetfelder erzeugt werden, durch die sie gegeneinander an Punkte in der Nähe der Leiterstange verschoben werden. Die Hauptelektrode ist zur Führung eines Lichtbogens mit der Spulenelektrode verbunden. Die Hauptelektrode enthält mehrere erste Stromwege zur Führung des Stromes in unterschiedlichen radialen Richtungen, mehrere zweite Stromwege zur Führung des Stromes von der Spulenelektrode zu den ersten Stromwegen und mehrere dritte Stromwege zur Führung des Stromes in entgegengesetzten Richtungen zum Strom in den zweiten Stromwegen. In der Hauptelektrode werden in der gleichen axialen Richtung wie in der Spulenelektrode Magnetfelder erzeugt, so daß der Lichtbogen im Vergleich mit dem Fall, daß nur die Haupt- oder Spulen-Elektrode das axiale Magnetfeld erzeugt, schneller gelöscht wird, so daß das Stromunterbrechungsvermögen verbessert wird.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Vakuum-Unterbrechers ,

Fig. 2 die perspektivische Ansicht der in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendeten Elektrode,

Fig. 3 die Draufsicht der Hauptelektrode der Fig. 1 und 2, Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Ortes der in der Elektrode der Fig. 2 fließenden Ströme und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Hauptelektrode.

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Der Vakuum-Unterbrecher der Fig. 1 enthält ein zylindrisches Isoliergehäuse 2 und metallische Endverschlüsse 3A und 3B, die die beiden Seiten des Isoliergehäuses 2 verschließen und zusammen mit diesem einen Vakuum-Behälter 4 bilden. In dem Vakuum-Behälter 4 befinden sich eine feststehende Elektrode 5 und eine bewegliche Elektrode 6, die einander gegenüberliegend und voneinander trennbar angeordnet sind. Leiterstäbe und 8 erstrecken sich aus dem Vakuum-Behälter 4 von den Rückseiten der Elektroden 5 bzw. 6 nach außen. Zwischen dem Leiterstab 8 und dem Endverschluß 3B ist ein Metallbalgen 9 angeordnet, der in Axialrichtung derart beweglich ist, daß die bewegliche Elektrode 6 von der feststehenden Elektrode 5 getrennt und dadurch der Spalt zwischen beweglicher Elektrode 6 und feststehender Elektrode 5 geschlossen oder geöffnet werden kann. An der Innenwand des Isoliergehäuses 2 ist ein metallischer Zwischenschirm 10 befestigt, der die beiden Elektroden 5, 6 umgibt.

Der Aufbau der feststehenden Elektrode 5 und der beweglichen Elektrode 6 wird anhand der Fig. 2 und 3 im einzelnen erläutert. Es wird nur die feststehende Elektrode 5 beschrieben, da beide Elektroden gleich aufgebaut sind.

Die feststehende Elektrode 5 enthält eine am Leiterstab 7 befestigte Spulenelektrode 12 und eine Hauptelektrode 13.

Die Spulenelektrode 12 besteht aus ersten Armen 14A und 14B mit je einem mit dem Leiterstab 7 befestigten Ende, die radial vom Leiterstab 7 wegragen, einem ringförmigen Stromteilabschnitt 15, der mit dem anderen Ende der beiden ersten Arme 14A und 14B verbunden ist, einem an der Oberseite des mit den ersten Armen 14A und 14B verbundenen Leiterstabes 7 befestigten Abstandhalter 17, sowie Vorsprüngen 18 und 19, die in der Mitte des Stromteilerabschnittes 16 zwischen den Bereichen A und B angeordnet sind, die auf der Seite des Abstandhalters mit den Armen 14A und 14B verbunden sind. Der Abstandhalter

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besteht zur Sperre des Stromflusses aus nichtrostendem Stahl oder Keramik. Die Hauptelektrode 13, die einen Funken 100 führt, ist am Abstandhalter 17 und den Vorsprüngen 18 und 19 befestigt.

Die Hauptelektrode 13 enthält erste Strompfade 21, 22 sowie zweite und dritte Strompfade 23 bzw. 24. Das eine Ende des Strompfades 21 ist elektrisch mit dem Vorsprung 18 verbunden, während sein anderes Ende mit der Mitte einer Seite des zweiten Strompfades 23 verbunden ist, dessen Strompfadteile 23a und 23b vom Zentrum 0 der Hauptelektrode 13 zum äußeren Umfang verlaufen. Das eine Ende des anderen ersten Strompfades 22 ist mit der Mitte der anderen Seite des Strompfades 23 dem Strompfad 21 gegenüberliegend verbunden; sein anderes Ende ist mit dem Vorsprung 19 verbunden. Die äußeren Enden der ersten Strompfade 21 und 22 sind bezüglich des zweiten Strompfades 23 einander gegenüberliegend angeordnet. Die dritten Strompfade 24 enthalten vier Abschnitte E, F, G und J, die in der gleichen Richtung angrenzend an den ersten Strompfad 21 ausgerichtet sind, und zwar durch Schlitze 25a und 25b, und angrenzend an den ersten Strompfad 22 durch die Schlitze 25c und 25d. Die einen Enden der dritten Strompfade 24 sind mit den zweiten Strompfaden 23 verbunden. Zusätzlich zu den Schlitzen 25a, 25b, 25c und 25d sind in jedem der vier Teile E, F, G und J zwei Schlitze 26 und 27 vorgesehen, die weitere dritte Strompfade 28 und 29 bilden, wodurch der in den dritten Strompfad 24 fließende Strom verteilt wird. Anstelle des Schlitzes 25 kann ein einen hohen Widerstand aufweisendes Teil aus einem Material wie nichtrostendem Stahl oder Keramik zur Sperrung des Stromflusses vorgesehen sein. Alternativ kann jegliches Material verwendet werden, das geeignet ist, den Stromfluß zu blockieren.

Im folgenden werden die Funktionen der Hauptelektrode 13 beschrieben .

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Wird die bewegliche Elektrode 6 von der feststehenden Elektrode 5 durch eine nicht gezeigte Steuereinrichtung getrennt, so wird zwischen den Hauptelektroden 13 der Elektroden 5 und 6 ein Lichtbogen 100 gezündet.

Aus dem Leiterstab 7 fließt der Strom I₁ längs den Pfeilen (Fig. 2, 3) in unterschiedlichen radialen Richtungen in die ersten Arme 14A und 14B. Der Strom in den ersten Armen 14A und 14B fließt in den Stromteilerabschnitt 15, wobei er an den Verzweigungspunkten A und B in unterschiedliche Richtungen geteilt wird. Er verläßt den Stromteilerabschnitt 15 an den Abzweigungspunkten C und D und fließt darauf in die ersten Strompfade 21 und 22.

Die Verläufe dieser Ströme werden anhand Fig. 4 erläutert. Der Strom I wird am Punkt 0 geteilt, und der geteilte Strom 1/2-1 fließt in Radialrichtungen OA bzw. OB. An den Verzweigungspunkten A und B wird die Stromkomponente 1/2·I in Ströme 1/4·I unterteilt, die die Punkte C und D erreichen, wo sie wieder zusammenfließen, mit dem Ergebnis, daß die Stromkomponenten 1/2·I in die ersten Strompfade 21 und 22 fließen. Die Magnetflüsse φ.,, Φ₂, Φ₃ιιηαΦ₄, die durch diese an den Punkten A und B in den Stromteilerabschnitten 15 geteilten, entgegengesetzt fließenden Ströme erzeugt werden, bilden Magnetfelder H₁, H₂, H₃ und H₄, die in Axialrichtung des Leiterstabs 7 verlaufen. Die axialen Magnetfelder H₁, H₄ sind so gerichtet, daß sie die axialen Magnetfelder H₂, H₃ am Zentrum der Spulenelektroden aufheben.

Wie in Fig. 3 gezeigt, fließt jeder der Ströme I₂ in den ersten Strompfaden 21 und 22 über die zweiten Strompfade 23 in die dritten Strompfade 24. Der Strom in jedem der dritten Strompfade 24 fließt entgegengesetzt dem Strom im ersten Strompfad. Die Ströme I₂ folgen somit dem in Fig. 4 gezeigten Verlauf. Der Strom I₃ fließt in der Spulenelektrode 12 am gleichen Ort wie der Strom I₁. Infolgedessen werden in der Hauptelektrode

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13 in der gleichen Richtung wie die axialen Magnetfelder H^, H₂, H₃ und H. in der Spulenelektrode 12 axiale Magnetfelder H₁ ¹ H ', H₃ ¹ bzw. H₄ ¹ erzeugt. Der Lichtbogen 100 wird somit durch die axialen Magnetfelder beider Hauptelektroden und Spulenelektroden beeinflußt und daher schneller gelöscht, wodurch das Unterbrechungsvermögen gegenüber dem Fall wesentlich verbessert wird, in dem die axialen Magnetfelder einer der Haupt- und Spulenelektroden wirken.

Gemäß Fig. 3 hat die Hauptelektrode 13 einen oberen halbkreisförmigen Teil 13A, der mit in gleicher Richtung verlaufenden Schlitzen 25, 26 und 27 versehen ist, und einen unteren halbkreisförmigen Teil 13B, der mit ähnlichen Schlitzen in der gleichen Richtung versehen ist, die jedoch entgegengesetzt den Schlitzen 25, 26 bzw. 27 verlaufen. Die Schlitze in einem halbkreisförmigen Teil werden somit geschnitten, indem die Hauptelektrode nach der Ausbildung der Schlitze im anderen halbkreisförmigen Teil lediglich um eine halbe Umdrehung gedreht wird; hierdurch wird die Herstellung der Elektrode vereinfacht.

Eine weitere Ausführungsform, bei der sich die Strompfade von denen der Hauptelektrode 13 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels unterscheiden, ist in Fig. 5 gezeigt. Die gestrichelt dargestellte Spulenelektrode enthält drei erste vom Leiterstab zum Stromteilerabschnitt 15 radial nach aussen ragende Arme, die um 120° gegeneinander versetzt sind. Der Strom I₁ in den ersten Armen wird an den Verzweigungspunkten A, B und C in entgegengesetzte Richtungen verzweigt,und die verzweigten Stromkomponenten fließen an den Punkten X, Y und Z wieder zusammen, worauf sie in die Hauptelektrode 13 fließen. Je ein Ende dreier erster, durch ausgezogene Linien dargestellter Strompfade 31, 32 und 33, die mit den Punkten X, Y bzw. Z verbunden sind, verlaufen, um 120° gegeneinander versetzt, zwischen jeweils zwei aneinander angrenzenden ersten Armen in ra-

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dialen Richtungen. Das andere Ende jedes der ersten Strompfade ist mit drei zweiten Strompfaden 34, 35 bzw. 36 verbunden, die entsprechend den ersten drei Armen angeordnet sind. Die dritten Strompfade 38 und 39 sind über Schlitze 37a bzw. 37b angrenzend an die ersten Strompfade 31, 32 bzw. 33 angeordnet. Der Strom I- in den ersten Strompfaden 31, 32 und 33 fließt in Richtung der ausgezogen eingezeichneten Pfeile und wirkt ähnlich wie der Strom I₂ im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel haben jedoch die gebogenen Abschnitte 40, 41 und 42, die jeweils zwischen den ersten Strompfaden 35 und 36, zwischen den Strompfaden 35 und 34 und zwischen den Strompfaden 34 und 36 ausgebildet sind, die gleiche Fläche.

Erfindungsgemäß weist also die Hauptelektrode die ersten, zweiten und dritten Strompfade auf, die ebenso verlaufen wie die Strompfade in der Spulenelektrode. Daher werden in der Hauptelektrode axiale Magnetfelder erzeugt, die denen in der Spulenelektrode ähnlich sind. Infolgedessen wird die Lichtbogenlöschung beschleunigt und damit das Unterbrechungsvermögen des Schalters wesentlich verbessert.

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Claims

29 46 8 OO

SCHIFF V.FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 * 3, MÖNCHEN 8O POSTADRESSE: POSTFACH ΘΒΟΙβΟ, Ο-800Ο MÖNCHEN OS

ALSO PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BITORI THC BUROPBAN PATENT OFFICE

KARL LUDWIS SCHIFF (1Οβ«-1βΤβ)

DIPL. CHBM. OR. ALBXANDBR V. FONER

DIPL. INQ. PBTBR STRBHL

OIPL. CHSM. OR. URSULA 9CHGBEL-HOPP

DIPL. INS. DIBTER BBBINQHAUS

DR. INQ. DIETER FINCK

TSLBFON (Οββ) «β SO 54 TELEX B-assee AURO O

TSLEQRAMME auromarcpat München

HITACHI, LTD. DEA-14527

20. November 1979

Vakuum-Unterbrecher
P_a_t_e_n_t_a_n_s_g_r_ü_c_h_e

( 1J Vakuum-Unterbrecher mit einem Vakuumbehälter (4), zwei Elektrodenanordnungen (5, 6), die voneinander trennbar in dem Vakuumbehälter angeordnet sind, und Leiterstäben (7, 8), an denen die eine Elektrodenanordnung befestigt ist, wobei jede der Elektrodenanordnungen eine Spulenelektrode (12) und eine Hauptelektrode (13) enthält und die Spulenelektrode Arme (14A, 14B) zur Verzweigung des im Leiterstab (7) fließenden Stroms in mehrere unterschiedliche radiale Richtungen gegenüber dem Leiterstab aufweist, wobei die Spulenelektrode ferner einen Stromteilerabschnitt (15) zur Verzweigung der in jedem der Arme fließenden Ströme in unterschiedliche Umfangsrichtungen gegenüber dem Leiterstab aufweist, so daß axiale Magnetfelder in unterschiedlichen Richtungen erzeugt werden, und wobei die Hauptelektrode elektrisch mit dem Stromteilerabschnitt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode

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ORIGINAL INSPECTED

(13) wenigstens zwei Hauptelektrodenabschnitte aufweist, die je enthalten:

einen ersten Strompfad (21, 22), dessen eines Ende elektrisch mit dem Stromteilerabschnitt verbunden ist, so daß der Strom vom Stromteilerabschnitt zum Leiterstab fließt, mehrere zweite Strompfade (23) mit je einem mit dem ersten Strompfad verbundenen Ende zur Verzweigung des Stromes im ersten Strompfad von der Seite des Leiterstabes zur Seite des Stromteilerabschnittes, und

mehrere dritte Strompfade (24) mit je einem Ende, das mit dem zugehörigen zweiten Strompfad verbunden ist, so daß der Strom im zugehörigen zweiten Strompfad antiparallel zum Strom im ersten Strompfad fließt.
2. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode zwei erste Strompfade (21, 22) aufweist, die entgegengesetzt zueinander fließen, wobei sich der zweite Strompfad (23) zwischen ihnen befindet, und daß mehrere dritte Strompfade (24) angrenzend an die zugehörigen ersten Strompfade angeordnet sind und eine Stromsperreinrichtung zwischen ihnen angeordnet ist.
3. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die dritten Strompfade (24) auf beiden Seiten des zugehörigen ersten Strompfades ausgebildet sind.
4. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g ekennzeichnet, daß der dritte Strompfad durch mehrere Stromsperreinrichtungen in mehrere Strompfade (24, 28, 29) unterteilt ist.
5. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch g ekennzeichnet, daß die Stromsperreinrichtung aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand besteht.

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6. Vakuum-Unterbrecher nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsperreinrichtung aus einem Schlitz besteht.

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